NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG MẠNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN

i LỜI CẢM ƠN Luận án tiến sĩ thực Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông, hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Chiến Trinh TS Bùi Thị Minh Tú Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn định hướng nghiên cứu, hướng dẫn khoa học phương pháp luận nghiên cứu khoa học, với kiến thức, kinh nghiệm suốt trình nghiên cứu thực luận án Nghiên cứu sinh xin cám ơn thầy giáo PGS TS Bùi Trung Hiếu, PGS TS Nguyễn Tiến Ban, PSG TS Nguyễn Văn Tuấn thầy giáo Học viện giúp đỡ, động viên, đóng góp ý kiến quý báu để nghiên cứu sinh hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng, Hội đồng Tiến sĩ Học viện Khoa Quốc tế Đào tạo Sau đại học tận tình hướng dẫn, hỗ trợ, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh q trình nghiên cứu hồn thành luận án Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viễn thông Đà Nẵng tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh tham gia khóa đào tạo quan tâm, động viên, tạo điều kiện công việc để nghiên cứu sinh hồn thành luận án Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp, bạn bè thân hữu khích lệ, động viên suốt trình thực luận án Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới người thân gia đình bạn bè thân thiết ln ln khích lệ, động viên, cảm thơng, chia sẻ hết lòng tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh suốt q trình nghiên cứu để hồn thành luận án Hà Nội, ngày tháng Tác giả Trần Minh Anh năm 2018 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án “Nghiên cứu giải pháp đảm bảo chất lượng mạng sử dụng kỹ thuật định tuyến” cơng trình nghiên cứu tơi, ngồi kiến thức tham khảo từ tài liệu nghiên cứu liên quan rõ danh mục tài liệu tham khảo phần sau luận án Những đóng góp luận án kết nghiên cứu tác giả, phần công bố tạp chí, kỷ yếu hội nghị khoa học chun ngành, phần lại chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng Tác giả Trần Minh Anh năm 2018 iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC KÝ HIỆU x DANH MỤC HÌNH VẼ xiv DANH MỤC BẢNG BIỂU xvii MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG VIỄN THÔNG 1.1 Tổng quan yêu cầu QoS mạng viễn thông 1.1.1 Giới thiệu: .7 1.1.2 Các thông số QoS: 1.1.3 Xây dựng ràng buộc liên quan đến đảm bảo chất lượng dịch vụ 11 1.1.4 Vấn đề đảm bảo QoS mạng viễn thông phát triển mạnh mẽ giai đoạn .15 1.1.4.1 Tổng quan 15 1.1.4.2 Định hướng cấu trúc mạng yêu cầu đảm bảo QoS mạng viễn thông thời gian tới 16 1.2 Kỹ thuật định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ 18 1.2.1 Tổng quan: 18 1.2.2 Định tuyến đảm bảo QoS dùng thơng tin tồn cục .21 1.2.3 Định tuyến đảm bảo QoS dùng thông tin nội 29 1.3 Các vấn đề cần nghiên cứu định tuyến QoS dùng TTNB 38 1.4 Kết luận chương 39 CHƯƠNG 2CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CÁC GIẢI THUẬT ĐỊNH TUYẾN TRÊN MẠNG 41 2.1 Mở đầu .41 2.2 Phần mềm ứng dụng để mô mạng 42 2.3 Các tiêu chí đánh giá 44 2.3.1 Xác suất nghẽn 41 iv 2.3.2 Độ trễ đầu cuối – đầu cuối .425 2.3.3 Cân tải 445 2.4 Xây dựng hệ số đánh giá cân tải mạng 46 2.4.1 Đề xuất hệ số DBM: 46 2.4.2 Khả ứng dụng hệ số DBM việc đánh giá cân tải chất lượng mạng 49 2.5 Việc ứng dụng hệ số DBM để đánh giá hiệu giải thuật định tuyến 49 2.5.1 Giới thiệu .49 2.5.2 Đánh giá hiệu định tuyến qua giá trị hệ số DBM 50 2.6 Kết luận chương 51 CHƯƠNG 3ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI THUẬT ĐỊNH TUYẾN ĐA RÀNG BUỘC SỬ DỤNG THÔNG TIN NỘI BỘ 52 3.1 Mở đầu .52 3.2 Các nghiên cứu liên quan 53 3.3 Đề xuất giải thuật định tuyến dùng thông tin nội sử dụng băng thông độ trễ làm tiêu chuẩn chọn đường .54 3.3.1 Giới thiệu .54 3.3.2 Mô tả giải thuật RBDA 54 3.3.3 Mô đánh giá hiệu giải thuật định tuyến RBDA 57 3.3.4 Mô tả giải thuật BQRA 63 3.3.5 Mô đánh giá hiệu giải thuật định tuyến BQRA 64 3.4 Đề xuất giải thuật định tuyến dùng thông tin nội sử dụng nhiều thông số QoS làm tiêu chuẩn chọn đường 69 3.4.1 Giới thiệu: 69 3.4.2 Mô tả giải thuật BDER: 69 3.4.3 Mô đánh giá hiệu giải thuật định tuyến BDER 72 3.5 Độ phức tạp tính tốn giải thuật 78 3.6 Kết luận chương 79 CHƯƠNG 4ĐỀ XUẤT CÁC BIỆN PHÁP CẢI THIỆN HIỆU NĂNG CHO GIẢI THUẬT ĐỊNH TUYẾN DÙNG THÔNG TIN NỘI BỘ 80 4.1 Mở đầu .80 4.2 Đề xuất tập tuyến truyền linh động cho giải thuật định tuyến dùng TTNB 81 4.2.1 Giới thiệu 81 v 4.2.2 Một số khái niệm liên quan đến tập tuyến truyền 81 4.2.3 Ảnh hưởng kiểu tập tuyến truyền đến hoạt động giải thuật định tuyến dùng thông tin nội 83 4.2.4 Mô đánh giá hiệu tập tuyến truyền linh động giải thuật định tuyến dùng TTNB 84 4.2.5 Đánh giá hiệu định tuyến QoS sử dụng tập tuyến truyền linh động 90 4.3 Đề xuất ứng dụng kiểu định tuyến phân tán giải thuật định tuyến dùng thông tin nội 91 4.3.1 Giới thiệu 91 4.3.2 Một số định lý liên quan đến đề xuất ứng dụng kiểu định tuyến phân tán 91 4.3.3 Mô tả giải thuật đề xuất: 95 4.3.4 Mô đánh giá hiệu định tuyến 98 4.4 Đề xuất chế điều khiển linh hoạt thuật toán định tuyến dùng thông tin nội ứng dụng kiểu định tuyến phân tán 101 4.4.1 Giới thiệu chung: 101 4.4.2 Một số định lý liên quan đến việc ứng dụng chế điều khiển linh hoạt .101 4.4.3 Mô tả giải thuật đề xuất: .102 4.4.4 Mô đánh giá hiệu định tuyến .106 4.5 Độ phức tạp tính tốn giải thuật 112 4.6 Kết luận chương 112 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO 114 Kết luận chung 114 Hướng phát triển .115 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO 120 PHỤ LỤC 130 vi THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt 3G Third Generation mobile telecommunications Mạng di động hệ thứ 4G Fourth Generation mobile telecommunications Mạng di động hệ thứ ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền dị BBM Balanced Bandwidth Metric Hệ số đánh giá cân băng thông mạng BBP Bandwidth Blocking Probability Xác suất nghẽn băng thông Bandwidth-DelaybitErrorRate based Routing (Tên giải thuật đề xuất) BDER bdp Routing Algorithm based on Giải thuật định tuyến dựa băng Bandwidth-Delaythơng - độ trễ- tỷ lệ lỗi gói tin Packeterrorrate Bellman-Ford algorithm Tên thuật tốn tìm đường ngắn mô tả [25] Bandwidth-Delay Constraint QoS Routing Algorithm (Tên giải thuật đề xuất) BRB Best Reserved Bandwidth Dự trữ băng thông tốt BW Bandwidth Băng thông Compound Annual Growth Rate Tốc độ tăng hàng năm tổng hợp CBR Localized Credit Based Routing Định tuyến dựa số tín dụng dùng thơng tin nội CSHT (Infrastructure) Cơ sở hạ tầng DBM Differential Bandwidth Metric Hệ số đánh giá độ chênh lệch băng thông Dijkstra Dijkstra Algorithm Tên thuật tốn tìm đường ngắn mơ tả [50] DPS Dynamic Path Set Tập tuyến truyền linh động BellmanFord BQRA CAGR vii Unit of Exabyte Đơn vị tính lưu lượng, triệu Gigabyte FBP Flow Blocking Probability Xác suất nghẽn luồng FMC Fixed Mobile Convergence Hệ thống hội tụ di động – cố định Full High Definition Độ phân giải cao đầy đủ High Definition Đô phân giải cao Highest Link Average Bandwidth History Giải thuật định tuyến dựa lịch sử băng thơng trung bình liên kết cao Hop, minimum number of hops Bước nhảy, số bước nhảy Internet Protocol Giao thức Internet Internet Protocol TeleVision Truyền hình sử dụng giao thức IP ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ITU_T ITU Telecommunication Standardization Sector Liên minh viễn thơng quốc tế - lĩnh vực tiêu chuẩn hóa viễn thông Jitter of Delay Độ trôi trễ Jain’s Index Chỉ số Jain, để tính độ cân tải mạng mô tả [72] LBCR Localized BandwidthConstraint Routing (Tên giải thuật đề xuất) LBHR Localized Bandwidthconstraint Hop-by-hop Routing Algorithm (Tên giải thuật đề xuất) LDCR Localized DelayConstrained QoS Routing Giải thuật định tuyến đảm bảo QoS dùng thông tin nội lấy độ trễ làm ràng buộc LDR Localized Distributed Routing (Tên giải thuật đề xuất) LDRA Localized Distributed bandwidth-constraint Routing Algorithm (Tên giải thuật đề xuất) MAN Metro Area Network Mạng đô thị exabyte Full HD HD HLABH Hop, minhop IP IPTV jitter Jain’s Index viii MANET Mobile Ad Hoc Network Mạng thiết bị di động kết nối không dây liên tục tự cấu hình, khơng có hạ tầng mạng MHA Minimum Hop Algorithm Giải thuật định tuyến lấy số bước nhảy bé MIRA Minimum Interference Routing Algorithm Giải thuật định tuyến dùng ảnh hưởng xuyên nhiễu bé MPLS Multiprotocol Label Switching Chuyển mạch Nhãn đa giao thức NS-2, NS-3 Network Simulator version 2, version Phần mềm mô mạng NwGN New Generation Network Mạng hệ Objective Modular Network Testbed in C++ Chương trình mơ OMNET++ OMNET++ OPNET OPNET Simulation Program Chương trình mơ OPNET Open Shortest Path First Giao thức định tuyến chọn đường ngắn PSR Proportional Sticky Routing Giải thuật định tuyến phân chia tỷ lệ chặt QoS Quality Of Service Chất lượng dịch vụ QoSR Quality of Service Routing Định tuyến đảm bảo chất lượng dịch vụ RBDA QoS Routing using Bandwidth-Delay based Algorithm (Tên giải thuật đề xuất) SDP Shortest-distance path (Giải thuật) Tuyến truyền ngắn SLA Service Level Agreement Thỏa thuận cung cấp dịch vụ Synchronous Optical Network Mạng quang đồng SPS Static path set Tập tuyến truyền tĩnh SWP Shortest Widest Path Giải thuật định tuyến chọn đường rộng ngắn TTNB (local information) Thông tin nội TTTC (glabal information) Thơng tin tồn cục OSPF SONET ix UHDTV (4K, Ultra High Definition 8K …) Television (4K, 8K…) Truyền hình độ nét cực cao (4K, 8K …) Uniform distribution law Luật phân phối uniform Video streaming Dòng thơng tin video VoD Video on Demand Dịch vụ Video theo yêu cầu VoIP Voice over IP Thoại sử dụng giao thức Internet WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây WSP Widest Shortest Path Giải thuật định tuyến chọn đường ngắn rộng World Wide Web Mạng toàn cầu (dùng giao thức http) Unit of Zettabyte Đơn vị tính lưu lượng, tỷ Gigabyte uniform Video streaming WWW Zettabyte x DANH MỤC KÝ HIỆU Ký hiệu (a,b) ax,bx A,A’,B,C BBP Bi |B| Ý nghĩa Liên kết kết nối hai nút mạng a b Lưu lượng yêu cầu nút x (hiện tại, dự báo tương lai) Ký hiệu tuyến truyền định lý Xác suất nghẽn băng thông Tổng số lần truyền hỏng/từ chối truyền luồng tin liên kết nút nguồn với nút liền kề Tổng số luồng bị nghẽn bm Tổng số lần truyền hỏng/từ chối truyền luồng tin tuyến truyền nút nguồn với nút đích (trong giải thuật BQRA) Giá trị trung bình băng thơng khả dụng theo số kết nối Bm Trung bình băng thơng tồn mạng Bt Băng thơng u cầu u cầu định tuyến bw Giá trị băng thơng trung bình u cầu luồng liệu BFi Bw(a,b) Băng thông lại liên kết (a,b) Bw(P) Băng thơng lại tuyến truyền P Bwab C Ci, Last Ci Băng thông hai nút liền kề a b Dung lượng hướng liên kết Chỉ số tuyến truyền giải thuật RBDA Cr Tham số thiết lập lại tập tuyến truyền d Độ sâu kết nối D Giá trị trễ các hướng liên kết mạng DBM, BBM dnew, dold f, f(u) Các hệ số đánh giá cân băng thông mạng Độ sâu kết nối mới, cũ Ký hiệu luồng tin đến nút, hàm ràng buộc trọng số luồng f FBP Xác suất nghẽn luồng fl_idx Chỉ số luồng tin dùng giải thuật LDRA 128 2012 interconnection network architecture: on-chip, multi-chip workshop, Pages 2932 98 Van Dan Nguyen, Thomas Begin, Isabelle Guérin-Lassous (2013), “Multiconstrained Routing Algorithm: A Networking Evaluation”, Computer Software and Application Conference Workshops (COMPSACW), IEEE 37th Annual 99 Wei Sun (1999), “QoS/Policy/Constraint Based Routing” 100 Worldwide Bandwidth Demand Market Forecast, April 2010 101 X Yuan, A Saifee (2001), "Path Selection Methods for Localized Quality of Service Routing," in The 10th IEEE International Conference on Computer Communications and Networks (IC3N 2001), pp 102-107,Phoenix, Arizona 102 X Yuan, et al (2002), "A comparative study of quality of service routing schemes that tolerate imprecise state information," Proceedings Eleventh International Conference on Computer Communications and Networks, pp 14-16 103 Y Yi, T Kwon, M A Gerla (2011), "A load aWare routing (LWR) based on local information," in Proc IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, San Diego, CA, pp G-65-G-69 104 Yadav Praveen, Bhattacharjee Joy, Soni Roopali (2012), “A Novel Routing Algorithm Based on Link Failure Localization for MANET”, in Proceedings of the International Journal on Computer Science and Engineering (IJCSE), ISSN : 09753397, PP 1738-1743 105 Yaling Yang, Jun Wang, Robin Kravets(2006), “Load-balanced routing for mesh networks”, ACM SIGMOBILE Mobile Computing and Communications Review10 (4) pp3–5 106 Yi Yang, J K Muppala, S T Chanson (2001), "Quality of service routing algorithms for bandwidth-delay constrained applications", in Proceedings of 9th International Conference on Network Protocols ICNP 2001 107 Z Zhang, C Sanchez, B Salkewicz, E Crawley (1997), “Quality of Service Extensions to OSPF or Quality of Service Path First Routing”, Internet Draft 108 Z Ursani, D Essam, D Cornforth, R Stocker (2011), “Localized genetic algorithm for vehicle routing problem with time windows”, Journal of Applied Soft Computing, Volume 11 Issue 8, Pages 5375-5390 109 Zettabyte https://vi.wikipedia.org/wiki/Zettabyte 129 110 Zheng Wang, Jon Crowcroft (1996), “Quality of Service Routing for Supporting Multinedia Applications” IEEE journal for Selected Areas in Communication Vol 14, no 7, pp 1228-1234 130 PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: Đề xuất hệ số đánh giá cân tải băng thông mạng I Đặt vấn đề Vấn đề cân tải băng thơng mạng, tối ưu hóa băng thông, đảm bảo băng thông thông số QoS nhiệm vụ quan trọng việc nghiên cứu để khai thác mạng viễn thông hiệu Do đó, việc đưa hệ số đánh giá cân tải băng thông mạng giúp cho việc đầu tư, nghiên cứu mạng viễn thông đồng thời hỗ trợ cho việc đánh giá mạng viễn thông công việc thường xuyên nhà khai thác mạng viễn thơng Phần phụ lục nhằm chi tiết hóa đề xuất hệ số đánh giá mạng với mục tiêu Các kết kiểm chứng thông qua số liệu mô phỏng, ứng dụng hệ số đề xuất số mơ hình mạng cụ thể II Xây dựng hệ số đánh giá liên quan đến cân băng thông mạng Để đạt cân tải băng thơng mạng cho trước, việc chênh lệch băng thông sử dụng đường liên kết mạng xem nhỏ Để có giá trị nhỏ đó, phần xây dựng hệ số biểu diễn độ chênh lệch băng thông mạng xét, liên quan đến giá trị băng thông đường liên kết, hệ số ưu tiên theo nút mạng yêu cầu băng thông tất nút xét mạng đó, cụ thể sau: Gọi mạng xét G(N,L) với N nút mạng L liên kết (có giá trị băng thông tương ứng hai nút mạng liền kề a b Bwab) mạng G Nếu hai nút a b khơng có kết nối trực tiếp, Bwab = Tương ứng với nút mạng yêu cầu băng thông nút đó, ký hiệu Ndi, i={1,N} Lập ma trận Md, với số Mijd xác định sau: Xét hai nút mạng i, j mạng G Giả sử hai nút có đường kết nối Gọi minhopij số bước nhảy đường kết nối hai nút i j, 131 d độ sâu đường kết nối Xét tập Vd(1 v) gồm có v đường kết nối hai nút có số bước nhảy khơng vượt (minhopij+d) Các đường kết nối hiểu đường nối khơng có nút lặp, minhop ij ≥1, 0≤d≤(N-2) Với đường kết nối Vrd , r={1,v}, gọi minBrd giá trị băng thông bé đường liên kết tạo thành Vrd Giá trị Mijd giá trị lớn minBrd xét tập Vd, với độ sâu d Nghĩa là: minBrd = min(Bwih1 , Bwh1h21 , … Bwhs j ) (1) với đường nối Vrd tập Vd gồm nút i,h1,h2 hs,j, 0≤s≤ (minhopij+d-2); s=0 nút i j nối trực tiếp Mijd = max(minBrd ) với r={1,v} (2) Một cách đơn giản, Mijd là giá trị băng thông nhỏ đường kết nối tốt hai nút mạng i j, đường nối có số bước nhảy khơng vượt q (minhopij+d) Áp dụng thuật tốn Dijkstra để tìm đường ngắn nhất, ta dễ dàng tìm giá trị số bước nhảy (minhop) hai nút mạng i j Với giá trị độ sâu d: Nếu tăng d số lượng đường kết nối để so sánh tìm Mijd lớn Trong phụ lục này, ta lựa chọn d = (chính tập đường ngắn nhất) d = (N-2) (gọi giá trị tối đa) để minh họa trường hợp cụ thể Ta có ma trận Md sau: 𝑀𝑖𝑗𝑑 N αj γj 𝑑 α1 ∑ 𝑀𝑖1 γ1 Qj 𝑁 𝑑 𝑀21 𝑑 𝑀𝑁1 𝑖=1 𝑁 𝑑 𝑀12 𝑑 𝑀𝑁2 𝑑 α2 ∑ 𝑀𝑖2 γ2 𝑖=1 𝑁 N Gọi: 𝑑 𝑑 𝑀1𝑁 𝑀2𝑁 𝑑 αN ∑ 𝑀𝑖𝑁 γN 𝑖=1 m: giá trị trung bình băng thơng khả dụng theo số nút tồn mạng 132 Bm: Trung bình băng thơng tồn mạng (tổng băng thông chia tổng liên kết L) bm: Giá trị trung bình băng thơng khả dụng theo số kết nối tồn mạng Qj: Tổng giá trị băng thơng khả dụng nút Khi Qj tổng Mijd , với i, tức : d Q j = ∑N i=1 Mij Bm = m= (3) N ∑N i=1 ∑j=1 Bwij (4) L ∑N j=1∝j γj Qj (5) N bm = ∑N j=1∝j γj Qj (6) (N2 −N) Với αj, γj hệ số ưu tiên cho nút thứ j, liên quan đến mức độ sử dụng khả phát triển mạng Trong mạng có mức độ ưu tiên nút hệ số αj, γj Với định nghĩa trên, để đánh giá độ cân tải băng thông cho mạng thực tế, với hệ số ưu tiên nút mạng αj, γj, ta sử dụng hệ số BBM (Balanced Bandwidth Metric) tính cơng thức sau: 𝐁𝐁𝐌 = √ Bm ∑N j=1∝j γj Qj N (∑j=1(∝j γj Qj −( )) ) N bm(N−1) (7) N−1 BBM viết gọn lại sau: 𝐁𝐁𝐌 = Bm bm(N−1) N √(∑j=1(∝jγjQj−m) ) (8) N−1 Các giá trị αj: αj = ∑N i=1 Ndi N.Ndj (9) Còn giá trị γj tính tương ứng với dự kiến nhu cầu băng thơng nút Phân tích cụ thể việc xác định giá trị ưu tiên γj nút đưa phần Giá trị BBM thu (7) hay (8) nói lên mức độ cân tải băng thông qua mạng, so với mức băng thơng trung bình tồn mạng Giá trị BBM nhỏ 133 tương ứng việc hiệu sử dụng tài nguyên băng thông mạng cao, BBM=0, mạng gọi cân tải băng thơng tồn mạng Khi áp dụng hệ số BBM mà không quan tâm đến yếu tố dự báo tương lai, tức hệ số γj = 1, ta sử dụng hệ số sau: 𝐃𝐁𝐌 = √ Bm ∑N j=1∝j Qj N (∑j=1(∝j Qj −( )) ) N bm(N−1) N−1 (10) DBM viết gọn lại sau: 𝐃𝐁𝐌 = Bm bm(N−1) N √(∑j=1(∝jQj−m) ) N−1 (11) Với cách tính trên, hệ số BBM (hay DBM) áp dụng cho hệ thống mạng phức tạp hệ thống mạng có đường liên kết có băng thơng khác nhau, hay nút mạng có tốc độ tương tự chưa đảm bảo cung cấp lượng băng thông cam kết, hay để đánh giá tính cân băng thơng tồn mạng … III Các ví vụ minh họa việc sử dụng hệ số đánh giá cân tải băng thông mạng : Để làm rõ việc ứng dụng BBM (hay DBM – xét BBM với hệ số dự báo γj = 1) vào mạng thực tế, xét ví dụ với hai trường hợp d = d=N-2 3.1 Ví dụ 1: Ứng dụng d = N – Giả định với mạng sau: Hình PL.1 Mạng giả định Mạng có N=6 nút, L=8 đường nối thực tế với giá trị băng thơng kèm Các nút mạng có mức ưu tiên αj, γj định tuyến Giao thức 134 định tuyến theo kiểu chọn đường có băng thơng rộng từ nguồn đến đích (tương ứng với trường hợp d=N-2) Lập ma trận băng thông kết nối, cụ thể: Bảng PL.1 Ma trận kết nối Mijd 2 10 10 10 3 3 10 10 10 38 3 3 15 11 20 11 55 11 11 11 41 20 11 11 55 11 11 11 46 Qj BBM 3,02 Theo cơng thức tính (8) mạng có BBM = 3,02 Có nghĩa là, hệ số băng thơng cân đạt mức 3,02, chứng tỏ nhiều nút mạng chịu tải có mức băng thơng cao thấp nhiều so với mức trung bình Giả sử ta đổi kết nối 2-3 thành 1-3 Mạng lúc là: Hình PL.2 Mạng giả định Lập ma trận băng thông kết nối, cụ thể : Bảng PL.2 Ma trận kết nối 135 Mijd Qj BBM 5 10 10 10 10 5 5 10 11 20 11 10 11 11 11 10 20 11 11 10 11 11 11 45 25 57 48 57 48 2,14 Theo cơng thức tính (8) mạng có BBM = 2,14 Có nghĩa là, hệ số băng thông cân đạt mức 2,14 < 3,02 so với mơ hình đầu, với giá trị trung bình băng thơng khả dụng theo số kết nối b 9,33M Rõ ràng, so với mơ hình đầu, với việc thay đổi kết nối (hoàn toàn nhau) khả đáp ứng mạng sau tốt trước Và rõ ràng, số BBM phản ánh rõ điều 3.2 Ví dụ 2: Ứng dụng d = Trong thực tế, việc sử dụng thuật tốn tìm đường ngắn sử dụng thường xuyên giao thức Internet nay, để định tuyến với việc chọn đường có số bước nhảy nhỏ nhất, tương ứng với trường hợp d=0 Với cách tính với mơ hình mạng xét phần trên, ta có hệ số BBM cụ thể sau: Với mơ hình đầu ma trận kết nối là: Bảng PL.3 Ma trận kết nối Mijd Qj 0 2(1) 10(1) 5(2) 6(1) 10(2) 33 2(1) 3(1) 3(2) 3(2) 3(2) 14 10(1) 3(1) 5(1) 20(1) 11(1) 49 5(2) 3(2) 5(1) 5(2) 11(1) 29 6(1) 3(2) 20(1) 5(2) 11(2) 45 10(2) 3(2) 11(1) 11(1) 11(2) 46 BBM 3,15 (chỉ số ngoặc số bước nhảy bé nhất) Và hệ số BBM sau đổi kết nối 2-3 thành 1-3 là: Bảng PL.4 Ma trận kết nối 136 Mijd Qj 0 2(1) 10(1) 2(2) 6(1) 10(2) 30 2(1) 3(1) 5(1) 3(2) 5(2) 18 10(1) 3(1) 11(2) 20(1) 11(1) 55 2(2) 5(1) 11(2) 11(3) 11(1) 40 6(1) 3(2) 20(1) 11(3) 11(2) 51 10(2) 5(2) 11(1) 11(3) 11(2) 48 BBM 2,97 Kết tương đối giống trường hợp trên, nhiên với cách tính d=0 hệ số BBM cao hơn, chứng tỏ việc ứng dụng định tuyến đường ngắn u cầu cân băng thơng cao Tóm lại, việc áp dụng hệ số BBM để đánh giá cho thấy mức độ chênh lệnh băng thông mức độ cân tải băng thông tồn mạng 3.3 Ví dụ 3: Ứng dụng thơng số BBM α, γ việc tính tốn mạng: 3.3.1 Xét trường hợp nút có độ ưu tiên γj (γj=1) Xét mạng điều hành viễn thông khu vực VNPT gồm nút mạng, với dung lượng băng thông hướng, lượng thuê bao thực tế nút chịu tải, tương ứng hệ số αj nút Các nút có độ ưu tiên γj (như hình PL.3) Hình PL.3 Mạng điều hành viễn thơng khu vực Vấn đề đặt hai chọn lựa kết nối 2-7 3-4, nên chọn cách tốt Ta xét ma trận kết nối (chọn đường ngắn nhất) có kết nối 2-7 Lập ma trận băng thơng kết nối có kết nối 2-7, cụ thể: Bảng PL.5 Ma trận kết nối 137 Mijd 0 2 1 2 Qj αj BBM 1 2 2 10 10 2 2 10 4 2 2 10 10 2 1 4 1 2 1 2 2 1 2 2 1 12 12 35 32 27 18 14 13 14 3.07 3.07 0.57 0.73 0.37 3.07 1.92 0.85 2.19 2.37 Và ma trận có kết nối 3-4 : Bảng PL.6 Ma trận kết nối Mijd 0 2 1 2 1 2 2 10 10 2 2 10 4 2 10 4 2 1 4 2 1 2 2 1 2 2 2 Qj 12 14 33 28 27 18 15 13 14 αj 3.07 3.07 0.57 0.73 0.37 3.07 1.92 0.85 2.19 BBM 2.55 Từ hệ số BBM ví dụ nói trên, rút số nhận xét: Sự khác biệt hai giải pháp kết nối không lớn, thể qua hệ số BBM 2,37 2,55; Các hệ số BBM lớn so với 0, chứng tỏ có bất cân mạng này; Khi chọn lựa bổ sung đường truyền dẫn, cách kết nối nút (2-7) tốt so với cách sau Mạng có nút, nên dễ dàng ước lượng đưa lựa chọn đem lại hiệu sử dụng mạng tốt Tuy nhiên, mạng khu vực có nhiều nút mạng hàng triệu thuê bao trở lên cần thiết phải di dời, thay đổi, bổ sung hàng loạt nút mạng, đường truyền, việc tính tốn, ước lượng trở nên khó khăn hơn, 138 nhiều khơng hiệu Đồng thời việc tính tốn giúp tiết kiệm đường truyền khơng hiệu quả, có định đầu tư tốt 3.3.2 Xét trường hợp nút có độ ưu tiên γj khác Như giới thiệu mục 2.3.1, αj hệ số đánh giá mức độ ưu tiên nút mạng mạng cho Vì thực tế, nút mạng bố trí khu vực phải chịu tải tương ứng với nhu cầu khu vực đó, đó, mức yêu cầu cao mức độ ưu tiên cao Các giá trị αj cần tính tốn chi tiết để đưa hệ số đánh giá cân tải sát với thực tế, đánh giá thực chất mạng để đánh giá mức cân tải mạng Việc ứng dụng hệ số γj vào tính tốn BBM cho tồn mạng áp dụng tương tự hệ số αj có nghĩa nhân trực tiếp αj Tuy nhiên, ý nghĩa γj khác giúp cho cơng tác hoạch định, dự báo quy hoạch nút chịu tải “tương lai” cao nút khác Ví dụ: Tại nút X có lượng chịu tải Ndx, hệ số αx ax Tuy nhiên dự báo, tỷ lệ băng thông yêu cầu (tương ứng với số thuê bao dự kiến) hệ số bx Vậy hệ số γx bx/ax Từ đó, tính BBM tồn mạng theo hệ số αj, γj Tại nút khơng có số ưu tiên áp dụng 3.3.3 Khả ứng dụng hệ số BBM/DBM việc đánh giá cân tải chất lượng mạng Vì hệ số BBM/DBM hệ số đánh giá cân tải mạng nên DBM/BBM khả cân tải băng thông mạng chất lượng mạng tương ứng với giá trị hệ số DBM/BBM Do đó, hệ số DBM/BBM giúp cho việc tính tốn cấu hình mạng cụ thể cách hợp lý nhất, cân tải Đồng thời qua đó, hệ số hỗ trợ cho việc điều chỉnh giải pháp, điều chỉnh mơ hình mạng để đạt hiệu khai thác mạng viễn thông hiệu Xét góc độ đánh giá hiệu định tuyến với giải thuật định tuyến hoạt động hiệu cho giá trị cân tải tốt hơn, gây chênh lệnh tải tồn mạng IV Mơ ứng dụng hệ số BBM (hay DBM) 139 4.1 Mơi trường mơ Để kết luận mạng có hệ số BBM thấp có chất lượng truyền dẫn độ trễ đầu cuối-đầu cuối tốt hơn, ta xây dựng mô thiết lập theo mạng tương ứng với ví dụ thực tế phần 3.3, hình PL.3 Sử dụng phần mềm OpNet RiverBed Modeler 17.5 [64], mơ mạng có nút định tuyến ví dụ mục 3.3.1 (giả định có độ ưu tiên nhau, tương ứng với mức nhu cầu băng thông nhau), nút ta đặt số máy trạm để dễ theo dõi Tốc độ giả lập máy trạm là: 10Kbytes/0,5ms, tương ứng với mức 10.000 (byte/packet)* (bit/byte) * (1/0,0005)=160Mb/s Dung lượng toàn mạng (45 máy trạm) 7,2 Gb/s Để so sánh kết mô phỏng, ta lập mối liên kết SW3-SW4 Các thông số so sánh bao gồm: - Global statistics: Delay Ethernet, Traffic Received (bit/s), End-End Delay… - Node Statistics: Delay Ethernet, Traffic Received (bit/s), Load (bit/s) Mạng mô hình PL.4 Hình PL.4 Mạng mơ Sau nhân hoạt cảnh trên, xóa bỏ nối kết SW3-SW4, thay vào liên kết SW2-SW7 hồn tồn tương tự mối liên kết vừa xóa, ta có mạng mơ thứ hình PL.5 140 Việc thiết lập giao thức, tham số tương ứng cho hai hoạt cảnh thực trước nhân hoạt cảnh, ứng dụng hoàn toàn so sánh kết mơ Hình PL.5 Mạng mô 4.2 Kết mô Quá trình mơ cho ta kết sau: 4.2.1 Thơng số trễ tồn mạng Hình PL.6 So sánh thơng số trễ toàn mạng Hai phương án tương ứng với mạng mô gây trễ khoảng định, đó, phương án (mạng mơ thứ 2) gây hiệu ứng trễ 141 4.2.2 Thơng số lưu lượng nhận tồn mạng : Hình PL.7 So sánh lưu lượng nhận tồn mạng Về tổng thể, so với lưu lượng phát phương án tốt đảm bảo lượng thông tin thu nhận cao 4.2.3 Thông số trễ nội nút Hình PL.8 So sánh thơng số trễ nội nút (Ghi chú: Trong ba hình PL.6, hình PL.7 hình PL.8 so sánh kết mô phỏng, đường màu xanh phương án 1, màu đỏ phương án 2) Rõ ràng việc nhận thông tin nút theo phương án tốt (ít trễ hơn) Các thơng số khác nhau, thể qua thông số BBM chúng xấp xỉ 142 4.2.4 Kết luận đánh giá q trình mơ Trễ mạng đáng kể, đặc biệt giai đoạn chu trình Việc gây trễ nội nút gây ảnh hưởng đến việc truyền liệu giai đoạn chu trình truyền số liệu Và với kết xác lập từ việc mô trên, ta nhận thấy phương án (mạng mô với kết nối SW2-SW7) tốt chút so với phương án (mạng mô với kết nối SW3-SW4), tương ứng với hệ số BBM tính phần 3.3, với phương án có giá trị hệ số BBM thấp Để cải thiện thơng số trên, cần thiết phải bố trí cân toàn mạng để giảm giá trị BBM, tương ứng giảm thơng số trễ, tổn thất gói tương ứng mạng V KẾT LUẬN Việc xây dựng phương pháp đánh giá cân tải băng thông mạng viễn thông vấn đề quan trọng tốn hữu ích cho nhà quản trị mạng Việc xây dựng hệ số đánh giá dựa thông số cân tải băng thông mạng viễn thông đem lại hiệu lớn cho nhà quản lý việc đầu tư, nghiên cứu mạng viễn thơng đồng thời có cơng cụ quản lý, khai thác mạng hiệu quả, nhanh chóng Với kết đánh giá thông qua hệ số BBM (hay DBM), ta đánh giá khả cân tải băng thông mạng chất lượng mạng tương ứng với giá trị hệ số DBM đó, giúp cho việc tính tốn cấu hình mạng cụ thể cách hợp lý nhất, cân tải q trình tối ưu mạng, hay điều chỉnh mơ hình mạng để khai thác mạng viễn thơng hiệu nhất, đồng thời ứng dụng DBM để đánh giá hiệu định tuyến giải thuật định tuyến hoạt động hiệu cho giá trị cân tải tốt hơn, gây chênh lệnh tải tồn mạng Các đóng góp đề xuất phụ lục cơng bố cơng trình [A.1], [A.3], [A.9] [B.7] Hội nghị khoa học tạp chí chuyên ngành